KR20150093261A - 막 증발 모듈, 및 이를 이용한 담수화 시스템 - Google Patents

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Abstract

막 증발 모듈이 제공된다. 상기 막 증발 모듈은, 제1 유체가 유입되는 제1 유체 입구, 및 상기 제1 유체가 유출되는 제1 유체 출구를 포함하는 제1 유로, 상기 제1 유로 내에 배치되어, 상기 제1 유체 입구에서 상기 제1 유체 출구 방향으로, 상기 제1 유로의 폭을 점차적으로(gradually) 감소시키는 제1 구조물(structure), 및 상기 제1 유체가 증발된 기체를 투과시키는 분리막을 포함한다.

Description

막 증발 모듈, 및 이를 이용한 담수화 시스템{Membrane distillation module, and desalination system using the same}
본 발명은 막 증발 모듈, 및 이를 이용한 담수화 시스템에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 유체가 흐르는 방향으로 유체의 유속을 점차적으로 증가시키기 위해, 점차적으로 폭이 감소되는 유로를 갖는 막 증발 모듈 및 이를 이용한 담수화 시스템에 관련된 것이다.
OECD 보고서에 따르면, 2050년 전세계 인구의 2/3가 물 부족을 겪을 것이라고 한다. 지구에 존재하는 수자원의 3% 만이 사람이 이용할 수 있는 담수이고, 나머지 97%가 해수로 존재한다. 하지만, 3%의 담수 중에서도 대부분이 빙하의 형태로 존재하며, 호수 및 강에 존재하는 담수의 양은 전체 수자원의 0.0067%에 불과하다.
이러한 물 부족 문제를 해결하기 위해, 역삼투압법 및 막 증발법과 같은, 담수화 방법에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
역삼투압법은, 해수에 압력을 가하여 역삼투막을 투과시키는 방법으로 담수를 생산한다. 역삼투압법에 따른 담수화 효율을 증가시키기 위해, 역삼투막에 대한 다양한 연구들이 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2013-0019336(출원번호 10-2012-0018251)에는, 해수에 포함된 각종 이온의 제거율을 높이고, 투과 플럭스를 향상시킥 위해, NaA 제올라이트 막으로서, 비제올라이트 기공(non-zeolitic pore)의 직경이 8Å 이하인 역삼투막을 이용한 해수의 담수화 방법이 개시되어 있다.
하지만, 역삼투압법에 따른 담수화 방법은, 인위적인 고압의 펌프가 필수적이다. 반면, 막 증발법에 따른 담수화 방법은, 유입수의 증발을 이용하여 담수화를 수행하기 때문에 고압의 펌프가 필요하지 않고, 휘발성이 없는 이온성분의 제거율이 높다. 또한, 역삼투압법에 따른 담수화 방법에서 문제되는 보론(Boron)을 효율적으로 제거할 수 있으며, 역삼투압법에 따른 담수화 방법보다 유입수의 농도에 덜 영향을 받는 장점이 있다.
이에 따라, 에너지 소모량이 적고, 담수화 효율이 높은, 막 증발법에 따른 담수화 방법에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 담수화 효율이 높은 막 증발 모듈, 및 이를 이용한 담수화 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 담수의 생산 비용을 감소시킬 수 있는 막 증발 모듈 및 이를 이용한 담수화 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 에너지 소모가 최소화된 막 증발 모듈, 및 이를 이용한 담수화 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 막 증발 모듈을 제공한다.
상기 막 증발 모듈은, 제1 유체가 유입되는 제1 유체 입구, 및 상기 제1 유체가 유출되는 제1 유체 출구를 포함하는 제1 유로, 상기 제1 유로 내에 배치되어, 상기 제1 유체 입구에서 상기 제1 유체 출구 방향으로, 상기 제1 유로의 폭을 점차적으로(gradually) 감소시키는 제1 구조물(structure), 및 상기 제1 유체가 증발된 기체를 투과시키는 분리막을 포함한다.
상기 제1 구조물은, 상기 제1 유체 입구에서 상기 제1 유체 출구 방향으로, 상기 제1 유로의 폭을 선형적으로(linearly) 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 구조물은, 상기 제1 유체 입구에서 상기 제1 유체 출구 방향으로, 상기 제1 유로의 폭을 단계적으로(stepwisely) 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 구조물은, 상기 제1 유로로부터 분리 가능한(separable) 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 구조물은, 상기 제1 유로와 일체(one body)를 이루는 것을 포함할 수 있다.
상기 막 증발 모듈은, 상기 제1 유체보다 낮은 온도를 갖는 제2 유체가 유입되는 제2 유체 입구, 및 상기 제2 유체가 유출되는 제2 유체 출구를 포함하는 제2 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 진행 방향은 서로 반평행한 것을 포함할 수 있다.
상기 막 증발 모듈은, 상기 제2 유로 내에 배치되어, 상기 제2 유체 입구에서 상기 제2 유체 출구 방향으로, 상기 제2 유로의 폭을 점차적으로 감소시키는 제2 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 구조물 및 상기 제2 구조물은, 각각 상기 제1 유로의 폭 및 상기 제2 유로의 폭을 동일한 정도로 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 막 증발 모듈은, 상기 제1 유체보다 낮은 온도를 갖는 제2 유체가 유입되는 제2 유체 입구, 및 상기 제2 유체가 유출되는 제2 유체 출구를 포함하는 제2 유로, 상기 제2 유로 내에 배치되어, 상기 제2 유체 입구에서 상기 제2 유체 출구 방향으로, 상기 제2 유로의 폭을 점차적으로 감소시키는 제2 구조물, 상기 제2 유로 및 상기 분리막 사이의 냉각판, 및 상기 냉각막 및 상기 제2 유로 사이의 에어 갭(air gap)을 더 포함할 수 있다.
상기 분리막은, 상기 제1 유로를 구성하는 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하고, 상기 분리막의 상기 타면은 진공 상태인 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 막 증발 모듈을 제공한다.
상기 막 증발 모듈은, 제1 유체가 흐르는 제1 유로, 상기 제1 유로 내에 배치되고, 상기 제1 유체가 흐르는 방향으로, 상기 제1 유로 내의 상기 제1 유체의 유속을 점차적으로 증가시키는 제1 유체 유속증가부, 및 상기 제1 유로를 구성하여 상기 제1 유체와 직접 접촉하고, 상기 제1 유체가 증발된 기체를 투과시키는 분리막을 포함한다.
상기 막 증발 모듈은, 상기 분리막을 사이에 두고 상기 제1 유로와 이격되고, 제2 유체가 흐르는 제2 유로, 및상기 제2 유로 내에 배치되고, 상기 제2 유체가 흐르는 방향으로, 상기 제2 유체의 유속을 점차적으로 증가시키는 제2 유체 유속증가부을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 유체 유속증가부 및 상기 제2 유체 유속 증가부는, 각각, 상기 제1 유로의 폭 및 상기 제2 유로의 폭을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 막 증발 모듈을 포함하는 해수 담수화 시스템을 제공한다.
상기 해수 담수화 시스템은, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 막 증발 모듈 및 상기 막 증발 모듈에 해수를 공급하는 해수 공급부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 유체가 흐르는 제1 유로, 상기 제1 유체가 증발된 기체를 투과시키는 분리막, 및 상기 제1 유로 내에 배치되어, 상기 제1 유로의 폭을 점차적으로 감소시키는 제1 구조물을 갖는 막 증발 모듈이 제공된다. 상기 제1 유로의 폭이 점차적으로 감소되어, 상기 제1 유체의 유속이 점차적으로 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 유체의 열 손실이 최소화되어, 에너지 손실이 적고 담수화 효율이 증가된 막 증발 모듈 및 담수화 시스템이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증발 모듈을 포함하는 담수화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증발 모듈을 포함하는 담수화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 다른 담수화 시스템은, 제1 유체 공급부(10), 제2 유체 공급부(20), 및 상기 제1 유체 공급부(10) 및 상기 제2 유체 공급부(20)로부터 각각 제1 유체(예를 들어, 해수) 및 제2 유체(예를 들어, 담수)를 공급받는 막 증발 모듈(30)을 포함할 수 있다.
상기 제1 유체 공급부(10)는 상기 제1 유체를 가열하여, 상기 막 증발 모듈(30)로 공급할 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 유체 공급부(10)에서 상기 막 증발 모듈(30)로 공급되는 상기 제1 유체의 온도는, 상기 제2 유체 공급부(20)에서 상기 막 증발 모듈(30)로 공급되는 상기 제2 유체의 온도보다 높을 수 있다. 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 온도 차이에 따른 증기압의 차이로 인해, 상기 제1 유체(예를 들어, 해수)가 증발되어 담수화될 수 있다.
상기 막 증발 모듈(30)은, 상기 제1 유체가 흐르는 제1 유로, 상기 제2 유체가 흐르는 제2 유로, 및 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 사이의 분리막을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 유체가 흐르는 방향으로, 상기 제1 유체의 유속을 점차적으로(gradually) 증가시키는 제1 유체 유속증가부가 상기 제1 유로 내에 배치될 수 있고, 상기 제2 유체가 흐르는 방향으로, 상기 제2 유체의 유속을 점차적으로 증가시키는 제2 유체 유속증가부가 상기 제2 유로 내에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 막 증발 모듈(30) 내에서 상기 제1 유체의 열 손실이 최소화되어, 담수화 효율이 향상된 막 증발 모듈 및 담수화 시스템이 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예들 및 변형 예들에 따른 막 증발 모듈들이 도 2 내지 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 막 증발 모듈(30)은, 제1 유체(예를 들어, 해수)가 흐르는 제1 유로(110), 상기 제1 유로(110) 내의 제1 구조물(210), 제1 유체보다 낮은 온도의 제2 유체(예를 들어, 담수)가 흐르는 제2 유로(120), 상기 제2 유로(120) 내의 제2 구조물(220), 및 상기 제1 유로(110) 및 상기 제2 유로(120) 사이의 분리막(130)을 포함할 수 있다.
상기 제1 유로(110)는, 상기 제1 유체가 유입되는 제1 유체 입구(110a), 및 상기 제1 유체가 유출되는 제1 유체 출구(110b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 유체는, 상기 제1 유체 입구(110a)에서 상기 제1 유체 출구(110b)를 향하여, 일 방향으로 흐를 수 있다. 상기 제1 유로(110)의 바닥면은 상기 분리막(130)의 상부면으로 구성되어, 상기 제1 유체는 상기 분리막(130)과 직접 접촉(directly contact)될 수 있다.
상기 제1 구조물(210)은 상기 제1 유체 입구(110a)에서 상기 제1 유체 출구(110b) 방향으로, 상기 제1 유로(110)의 폭을 점차적으로 감소시킬 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 구조물(210)은, 상기 분리막(130)의 상기 상부면에 대해 수직한 방향으로, 상기 제1 유로(110)의 폭을 점차적으로 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 유체와 상기 분리막(130)이 접촉하는 면적을 줄이지 않으면서, 상기 제1 유로(110)의 폭이 점차적으로 감소될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 유체 출구(110b)의 폭은, 상기 제1 유체 입구(110a)의 폭의 1/3 내지 2/3 일 수 있다. 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 상기 제1 유로(110)의 폭은 일정한 기울기를 가지고, 선형적으로(linearly) 감소될 수 있다.
상기 제1 유로(110)의 상부면은 상기 제1 구조물(210)로 구성되어, 상기 제1 유체는 상기 제1 구조물(210)과 직접 접촉할 수 있다. 상기 제1 구조물(210)은 상기 제1 유로(110)에 삽입되어, 상기 제1 유로(110)로부터 분리 가능(separable)할 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 구조물(210)은 상기 제1 유로(110)와 일체(one body)를 이룰 수 있다.
상기 제2 유로(120)는, 상기 제2 유체가 유입되는 제2 유체 입구(120a), 및 상기 제2 유체가 유출되는 제2 유체 출구(120b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 유로(120)는 상기 분리막(130)을 사이에 두고, 상기 제1 유로(110)와 이격될 수 있다. 상기 제2 유체는, 상기 제2 유체 입구(120a)에서 상기 제2 유체 출구(120b)를 향하여, 일 방향으로 흐를 수 있다. 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 흐르는 방향은 서로 반평행(anti-parallel) 할 수 있다. 상기 제2 유로(120)의 상부면은 상기 분리막(130)의 하부면으로 구성되어, 상기 제2 유체는 상기 분리막(130)과 직접 접촉할 수 있다.
상기 제2 구조물(220)은 상기 제2 유체 입구(120a)에서 상기 제2 유체 출구(120b) 방향으로, 상기 제2 유로(120)의 폭을 점차적으로 감소시킬 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 구조물(220)은, 상기 분리막(130)의 상기 상부면에 대해 수직한 방향으로, 상기 제2 유로(120)의 폭을 점차적으로 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제2 유체와 상기 분리막(130)이 접촉하는 면적을 줄이지 않으면서, 상기 제2 유로(120)의 폭이 감소될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 유체 출구(120b)의 폭은, 상기 제2 유체 입구(120a)의 폭의 1/3 내지 2/3 일 수 있다. 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 상기 제2 유로(120)의 폭은 일정한 기울기를 가지고, 선형적으로(linearly) 감소될 수 있다.
상기 제2 유로(120)의 하부면은 상기 제2 구조물(220)로 구성되어, 상기 제2 유체는 상기 제2 구조물(220)과 직접 접촉할 수 있다. 상기 제2 구조물(220)은 상기 제2 유로(120)에 삽입되어, 상기 제2 유로(120)로부터 분리 가능할 수 있다. 이와는 달리, 상기 제2 구조물(220)은 상기 제2 유로(120)와 일체(one body)를 이룰 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제1 구조물(210) 및 상기 제2 구조물(220)은 상기 제1 유체 및 제2 유체와 직접적으로 접촉될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 구조물(210), 및 상기 제2 구조물(220)의 부식을 방지하기 위해, 상기 제1 구조물(210), 및 상기 제2 구조물(220)은 플라스틱으로 형성될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제1 유체의 온도는 상기 제2 유체의 온도보다 높을 수 있다. 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 온도 차이로 인해, 증기압이 발생하고, 이로 인해, 상기 제1 유체가 증발될 수 있다. 상기 제1 유체가 증발된 기체는 상기 분리막(130)을 투과하여, 상기 제2 유로(120)로 유입될 수 있다.
상기 분리막(130)은 상기 제1 유체가 증발된 기체를 투과시킬 수 있다. 상기 분리막(130)은 소수성 고분자로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 분리막(130)은 폴리테트라플르오르에틸렌, 폴리비닐리덴플르오르라이드 등으로 형성될 수 있다.
상기 제1 구조물(210)에 의해 상기 제1 유로(110)의 폭이 점차적으로 감소됨에 따라, 상기 제1 유로 출구(110b)에 인접해질수록, 상기 제1 유체의 유속이 점차적으로 증가될 수 있다. 또한, 상기 제2 구조물(220)에 의해 상기 제2 유로(120)의 폭이 점차적으로 감소됨에 따라, 상기 제2 유로 출구(120b)에 인접해질수록, 상기 제2 유체의 유속이 점차적으로 증가될 수 있다. 이로 인해, 온도가 상대적으로 낮은 상기 제2 유체의 열 전도에 의한 상기 제1 유체의 열 손실이 최소화되어, 상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 온도 차이가 감소되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 담수화 효율이 높고, 에너지 소모가 최소화된 막 증발 모듈이 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예와 달리, 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따르면, 제1 유로 입구의 인접한 위치에서 제1 유로 출구까지 제1 유로의 폭이 감소되고, 제2 유로 입구의 인접한 위치에서 제2 유로 출구까지 제2 유로의 폭이 감소될 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 막 증발 모듈이 설명된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 따른 막 증발 모듈(30a)은, 제1 유체(예를 들어, 해수)가 흐르는 제1 유로(110), 상기 제1 유로(110) 내의 제1 구조물(210a), 상기 제1 유체보다 낮은 온도의 제2 유체(예를 들어, 담수)가 흐르는 제2 유로(120), 상기 제2 유로(120) 내의 제2 구조물(220a), 및 상기 제1 유로(110) 및 상기 제2 유로(120) 사이의 분리막(130)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하여 설명된 제1 구조물(210)과 달리, 상기 제1 구조물(210a)은, 제1 유체 입구(110a)에 인접한 제1 위치에서 제1 유체 출구(110b)까지 상기 제1 유로(110)의 폭을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 유로(110)의 폭은, 상기 제1 유체 입구(110a)에서 상기 제1 위치까지 일정하고, 상기 제1 위치에서 상기 제1 유체 출구(110b)까지 점차적으로 감소될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하여 설명된 제2 구조물(220)과 달리, 상기 제2 구조물(220b)은, 제2 유체 입구(120a)에 인접한 제2 위치에서 상기 제2 유체 출구(120b)까지 상기 제2 유로(120)의 폭을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제2 유로(120)의 폭은, 상기 제2 유체 입구(120a)에서 상기 제2 위치까지 일정하고, 상기 제2 위치에서 상기 제2 유체 출구(120b)까지 점차적으로 감소될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예 및 변형 예와 달리, 제1 실시 예의 제2 변형 예에 따르면, 제1 유로 입구에서 제1 유로 출구에 인접한 위치까지 제1 유로의 폭이 감소되고, 제2 유로 입구에서 제2 유로 출구에 인접한 위치까지 제2 유로의 폭이 감소될 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 따른 막 증발 모듈이 설명된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 따른 막 증발 모듈(30b)은, 1 유체(예를 들어, 해수)가 흐르는 제1 유로(110), 상기 제1 유로(110) 내의 제1 구조물(210b), 상기 제1 유체보다 낮은 온도의 제2 유체(예를 들어, 담수)가 흐르는 제2 유로(120), 상기 제2 유로(120) 내의 제2 구조물(220b), 및 상기 제1 유로(110) 및 상기 제2 유로(120) 사이의 분리막(130)을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 달리, 상기 제1 구조물(210b)은, 제1 유체 입구(110a)에서 제1 유체 출구(110b)에 인접한 제3 위치까지 상기 제1 유로(110)의 폭을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 유로(110)의 폭은, 상기 제1 유체 입구(110a)에서 상기 제3 위치까지 점차적으로 감소되고, 상기 제3 위치에서 상기 제1 유체 출구(110b)까지 일정할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 달리, 상기 제2 구조물(220b)은, 제2 유체 입구(120a)에서 제2 유체 출구(120b)에 인접한 제4 위치까지 상기 제2 유로(120)의 폭을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제2 유로(120)의 폭은, 상기 제2 유체 입구(120a)에서 상기 제4 위치까지 점차적으로 감소되고, 상기 제4 위치에서 상기 제2 유체 출구(120b)까지 일정할 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예 및 변형 예들과 달리, 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따르면, 제1 유로 입구에서 제1 유로 출구까지 제1 유로의 폭은 단계적으로 감소되고, 제2 유로 입구에서 제2 유로 출구까지 제2 유로의 폭은 단계적으로 감소될 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 막 증발 모듈이 설명된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 막 증발 모듈(30c)은, 제1 유체(예를 들어, 해수)가 흐르는 제1 유로(110), 상기 제1 유로(110) 내의 제1 구조물(210c), 상기 제1 유체보다 낮은 온도의 제2 유체(예를 들어, 담수)가 흐르는 제2 유로(120), 상기 제2 유로(120) 내의 제2 구조물(220c), 및 상기 제1 유로(110) 및 상기 제2 유로(120) 사이의 분리막(130)을 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 것과 달리, 상기 제1 구조물(210c)은, 상기 제1 유체가 흐르는 방향으로, 상기 제1 유로(110)의 폭을 단계적으로(stepwisely) 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 유로(110) 내의 상기 제1 유체의 유속이 단계적으로 증가될 수 있다. 상기 제1 구조물(210c)의 단차는 일정하여, 상기 제1 유로(110)의 폭이 단계적으로 감소되는 정도는 동일할 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 구조물(210c)의 단차는 상기 제1 유체 출구(110b)에 인접할수록, 감소되거나, 또는 증가될 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 것과 달리, 상기 제2 구조물(220c)은, 상기 제2 유체가 흐르는 방향으로, 상기 제2 유로(120)의 폭을 단계적으로 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제2 유로(120) 내의 상기 제2 유체의 유속이 단계적으로 증가될 수 있다. 상기 제2 구조물(220c)의 단차는 일정하여, 상기 제2 유로(120)의 폭이 단계적으로 감소되는 정도는 동일할 수 있다. 이와는 달리, 상기 제2 구조물(220c)의 단차는 상기 제2 유체 출구(120b)에 인접할수록, 감소되거나, 또는 증가될 수 있다.
상술된 실시 예 및 변형 예들과 달리, 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따르면, 제1 유로 입구에서 제1 유로 출구까지 제1 유로의 폭이 감소되는 정도 변화되고, 제2 유로 입구에서 제2 유로 출구까지 제2 유로의 폭이 감소되는 정도가 변화될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따른 막 증발 모듈이 설명된다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따른 막 증발 모듈(30d)은 1 유체(예를 들어, 해수)가 흐르는 제1 유로(110), 상기 제1 유로(110) 내의 제1 구조물(210d), 상기 제1 유체보다 낮은 온도의 제2 유체(예를 들어, 담수)가 흐르는 제2 유로(120), 상기 제2 유로(120) 내의 제2 구조물(220d), 및 상기 제1 유로(110) 및 상기 제2 유로(120) 사이의 분리막(130)을 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 설명된 것과 달리, 상기 제1 구조물(210d)은, 상기 제1 유체 입구(110a)에서 제5 위치까지 제1 기울기로 상기 제1 유로(110)의 폭을 점차적으로 감소시키고, 상기 제5 위치에서 상기 제1 유체 출구(110b)까지 상기 제1 기울기와 다른 제2 기울기로 상기 제1 유로(110)의 폭을 점차적으로 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 유체의 유속은, 상기 제1 유체 입구(110a)에서 상기 제5 위치까지 상기 제1 기울기에 대응하여 증가될 수 있고, 상기 제5 위치에서 상기 제1 유체 출구(110b)까지 상기 제2 기울기에 대응하여 증가될 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명된 것과 달리, 상기 제2 구조물(220d)은, 상기 제2 유체 입구(120a)에서 제6 위치까지 제3 기울기로 상기 제2 유로(120)의 폭을 점차적으로 감소시키고, 상기 제6 위치에서 상기 제2 유체 출구(120b)까지 상기 제3 기울기와 다른 제4 기울기로 상기 제2 유로(120)의 폭을 점차적으로 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 제2 유체의 유속은, 상기 제2 유체 입구(120a)에서 상기 제6 위치까지 상기 제3 기울기에 대응하여 증가될 수 있고, 상기 제6 위치에서 상기 제2 유체 출구(120b)까지 상기 제4 기울기에 대응하여 증가될 수 있다.
상술된 실시 예 및 변형 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 제2 유로와 분리막 사이에 에어 갭(air gap), 및 냉각판이 배치될 수 있다. 이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 막 증발 모듈이 설명된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 막 증발 모듈(30e)은 제1 유체(예를 들어, 해수)가 흐르는 제1 유로(110), 상기 제1 유로(110) 내의 제1 구조물(210), 상기 제1 유체보다 낮은 온도의 제2 유체(예를 들어, 담수)가 흐르는 제2 유로(120), 상기 제2 유로(120) 내의 제2 구조물(220), 상기 제1 유로(110) 및 상기 제2 유로(120) 사이의 분리막(130), 상기 제2 유로(120) 및 상기 분리막(130) 사이의 에어 갭(140, air gap), 및 상기 제2 유로(120) 및 상기 에어 갭(140) 사이에 배치되고 상대적으로 낮은 온도의 상기 제2 유체에 의해 냉각되는 냉각판(150, cooling plate)을 포함할 수 있다.
상기 제1 유체가 증발된 기체는 상기 분리막(130)을 투과하여, 상기 에어 갭(140)으로 유입될 수 있다. 상기 에어 갭(140)으로 유입된 상기 기체는 상기 냉각판(150)에 의해 액화되어, 펌프를 이용하여 외부로 방출될 수 있다.
도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 제1 구조물(210) 및 상기 제2 구조물(220)은, 각각, 상기 제1 유로(110) 및 상기 제2 유로(120)의 폭을 점차적으로 감소시킬 수 있다. 도 7에는 상술된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구조물이 상기 제1 및 제2 유로들(110, 120) 내에 배치되는 것으로 도시되었지만, 도 3 내지 6를 참조하여 설명된 변형 예들에 따른 구조물들이 상기 제1 및 제2 유로들(110, 120) 내에 배치될 수 있음은 자명하다.
또한, 상술된 실시 예들 및 변형 예들에서, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 폭을 감소시키기 위해, 제1 유로와 제2 유로 내에 동일한 구조물들이 배치되는 것으로 설명되었지만, 제1 유로 및 제2 유로 중에서 어느 하나의 유로 내에 실시 예 및 변형 예들에 따른 구조물이 배치될 수 있고, 또는, 제1 유로와 제2 유로 내에 배치되는 구조물들이 서로 상이할 수 있다.
상술된 실시 예들 및 변형 예와 달리, 본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 제2 유로를 대신하여 진공 상태의 공간이 제공될 수 있다. 이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 막 증발 모듈이 설명된다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 막 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 막 증발 모듈(30f)은 제1 유체(예를 들어, 해수)가 흐르는 제1 유로(110), 상기 제1 유로(110) 내의 제1 구조물(210), 진공 상태의 공간(160), 및 상기 제1 유로(110)와 상기 진공 상태의 공간(160) 사이의 분리막(130)을 포함할 수 있다.
상기 분리막(130)은 상기 제1 유로(110)를 구성하는 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함할 수 있다. 상기 분리막(130)의 상기 타면은 상기 진공 상태의 공간(160)을 구성할 수 있다.
상기 제1 유체가 증발된 기체는, 상기 분리막(130)을 투과하여, 상기 진공 상태의 공간(160)으로 유입될 수 있다. 상기 진공 상태의 공간(160)으로 유입된 상기 기체는 펌프를 이용하여 외부로 방출될 수 있다.
도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 제1 구조물(210) 은, 상기 제1 유로(110) 폭을 점차적으로 감소시켜, 상기 제1 유체의 유속을 점차적으로 증가시킬 수 있다. 도 8에는 상술된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구조물이 상기 제1 유로 (110 내에 배치되는 것으로 도시되었지만, 도 3 내지 6를 참조하여 설명된 변형 예들에 따른 구조물들이 상기 제1 유로(110) 내에 배치될 수 있음은 자명하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 제1 유체 공급부
20: 제2 유체 공급부
30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f: 막 증발 모듈
110: 제1 유로
110a: 제1 유체 입구
110b: 제1 유체 출구
120: 제2 유로
120a: 제2 유체 입구
120b: 제2 유체 출구
130: 분리막
140: 에어 갭
150: 냉각판
160: 진공 상태 공간
210, 210a, 210b, 210c, 210d: 제1 구조물
220, 220a, 220b, 220c, 220d: 제2 구조물

Claims (15)

  1. 제1 유체가 유입되는 제1 유체 입구, 및 상기 제1 유체가 유출되는 제1 유체 출구를 포함하는 제1 유로;
    상기 제1 유로 내에 배치되어, 상기 제1 유체 입구에서 상기 제1 유체 출구 방향으로, 상기 제1 유로의 폭을 점차적으로(gradually) 감소시키는 제1 구조물(structure); 및
    상기 제1 유체가 증발된 기체를 투과시키는 분리막을 포함하는 막 증발 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구조물은, 상기 제1 유체 입구에서 상기 제1 유체 출구 방향으로, 상기 제1 유로의 폭을 선형적으로(linearly) 감소시키는 것을 포함하는 막 증발 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구조물은, 상기 제1 유체 입구에서 상기 제1 유체 출구 방향으로, 상기 제1 유로의 폭을 단계적으로(stepwisely) 감소시키는 것을 포함하는 막 증발 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구조물은, 상기 제1 유로로부터 분리 가능한(separable) 것을 포함하는 막 증발 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구조물은, 상기 제1 유로와 일체(one body)를 이루는 것을 포함하는 막 증발 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유체보다 낮은 온도를 갖는 제2 유체가 유입되는 제2 유체 입구, 및 상기 제2 유체가 유출되는 제2 유체 출구를 포함하는 제2 유로를 더 포함하는 막 증발 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 유체와 상기 제2 유체의 진행 방향은 서로 반평행한 것을 포함하는 막 증발 모듈.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 유로 내에 배치되어, 상기 제2 유체 입구에서 상기 제2 유체 출구 방향으로, 상기 제2 유로의 폭을 점차적으로 감소시키는 제2 구조물을 더 포함하는 막 증발 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 구조물 및 상기 제2 구조물은, 각각 상기 제1 유로의 폭 및 상기 제2 유로의 폭을 동일한 정도로 감소시키는 것을 포함하는 막 증발 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유체보다 낮은 온도를 갖는 제2 유체가 유입되는 제2 유체 입구, 및 상기 제2 유체가 유출되는 제2 유체 출구를 포함하는 제2 유로;
    상기 제2 유로 내에 배치되어, 상기 제2 유체 입구에서 상기 제2 유체 출구 방향으로, 상기 제2 유로의 폭을 점차적으로 감소시키는 제2 구조물;
    상기 제2 유로 및 상기 분리막 사이의 냉각판; 및
    상기 냉각막 및 상기 제2 유로 사이의 에어 갭(air gap)을 더 포함하는 막 증발 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 분리막은, 상기 제1 유로를 구성하는 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하고,
    상기 분리막의 상기 타면은 진공 상태인 것을 포함하는 막 증발 모듈.
  12. 제1 유체가 흐르는 제1 유로;
    상기 제1 유로 내에 배치되고, 상기 제1 유체가 흐르는 방향으로, 상기 제1 유로 내의 상기 제1 유체의 유속을 점차적으로 증가시키는 제1 유체 유속증가부; 및
    상기 제1 유로를 구성하여 상기 제1 유체와 직접 접촉하고, 상기 제1 유체가 증발된 기체를 투과시키는 분리막을 포함하는 막 증발 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 분리막을 사이에 두고 상기 제1 유로와 이격되고, 제2 유체가 흐르는 제2 유로; 및
    상기 제2 유로 내에 배치되고, 상기 제2 유체가 흐르는 방향으로, 상기 제2 유체의 유속을 점차적으로 증가시키는 제2 유체 유속증가부을 더 포함하는 막 증발 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 유체 유속증가부 및 상기 제2 유체 유속 증가부는, 각각, 상기 제1 유로의 폭 및 상기 제2 유로의 폭을 감소시키는 것을 포함하는 막 증발 모듈.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 따른 막 증발 모듈; 및
    상기 막 증발 모듈에 해수를 공급하는 해수 공급부를 포함하는 해수 담수화 시스템.
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